时间：2023-02-20 01:47:28
1建立混凝土泵车臂架系统有限元模型
1．1建立混凝土泵车臂架系统几何模型混凝土泵车臂架系统是混凝土泵车的重要组成部分，由多节臂架、连杆、油缸和折叠式的平面连杆机构等结构组成，可在一定范围内输送混凝土料，且具有回转、伸缩和折叠等功能。本文采用Pro/E软件对臂架各零部件进行了建模，并完成装配，臂架系统几何模型如图1所示。采用Pro/MECHANINCA的AUTOGEM模块分别对转台、变幅油缸、连杆、各节臂架进行网格划分，划分结果如图2、图3、图4和图5所示。1．2载荷种类混凝土泵车臂架系统承受的载荷包括其自身的重力和混凝土的重力与混凝土流动引起的动载。此外，还有一些附加载荷，比如风载和端部牵引力等。其中，臂架和输送管等结构的自重是混凝土泵车承受的主要载荷，它包括各节臂、变幅油缸、连杆机构、混凝土输送管、混凝土输送管支撑架、连接销钉和末端软管等结构件的总重量G．臂架的工作载荷包括:输送管和末端软管里混凝土的质量。端部牵引力:泵车作业布料时，需要工人牵引臂架末端的橡胶软管进行浇筑，端部牵引力就是工人牵引软管时引起的侧向拉力，在设计时一般取Fs=300N．风载:在臂架工作时，有时会受到侧向风的作用而产生风载。回转惯性力:臂架系统绕转台开始转动时或臂架系统在旋转过程中突然制动时，臂架会产生惯性力，我们将这种惯性力叫做回转惯性力［10］。1．3臂架系统的有限元分析本文选取臂架的最不利工况(所有臂架均展开且处于水平状态)进行分析。臂架结构由进口高强度钢WELDOX900E焊接而成，材料的性能如表1所示。1．4有限元分析结果利用Pro/MECHANINCA对臂架系统进行了分析，各节臂架的最大应力如表2所示。由表2可知，五节臂架中所受应力最大的是臂架1．根据材料属性可知，臂架的最大屈服强度为900MPa，而臂架1所受的最大应力值远远小于材料的屈服强度。综上所述，五节臂架结构都存在着很大的优化空间。由图6可知，臂架1的最大应力处位于臂架1与臂架2相连接的销孔处，且最大应力值为523．62MPa．由图7可知，臂架2的最大应力出现在臂架2与臂架3的连接销钉孔处，且最大应力值为285．32MPa．由图8可知，臂架3的最大应力出现在靠近上盖板的侧板处，大小为249．19MPa．由图9可知，臂架4的最大应力出现在臂架4前段下盖板拐弯处，大小为75．69MPa.由图10可知，臂架5的最大应力出现在臂架5与臂架4的连接销钉孔处，大小为69．54MPa．
2臂架结构优化设计
2．1臂架结构优化模型2．1．1设计变量首先，从臂架系统的所有参数中选择出20组数据作为优化设计的设计变量，设计变量的初值如表3所示。其次，使用灵敏度分析法对这20组数据进行分析计算，从而筛选出对臂架系统的总质量影响最大的几组数据出来，从而更好的对臂架系统进行优化设计，20组设计变量的灵敏度计算值如下表4所示。通过对表4数据的分析比较，我们很容易得出灵敏度值最大的10组数据，这10组数据的灵敏度计算值分析如图11所示。最后，重新为这10组设计变量进行排序，并给他们设定优化的上下限，如表5所示。2．1．2约束条件(1)根据实际结构尺寸，在不发生干涉的前提下确定各个设计变量的范围。(2)臂架折叠后各变幅油缸的长度Umin应当包含去油缸的行程(Umax-Umin)，应满足:Umin≥(Umax-Umin)(1)(3)所考虑的多个工况中，各油缸轴向力均不能大于优化前的力［4-7］。2．1．3目标函数以泵车臂架质量为优化目标，如下式所示:minm(x)=ρV(x1，x2，…，xn)(2)式中:ρ———臂架密度;xi———设计变量。2．1．4优化结果利用Pro/MECHANINCA中的优化设计，对表5数据进行优化分析。
3结论
(1)结构原始总质量是11810．53kg，通过优化臂架结构的总质量降低了10%，提高了泵车制造企业的经济效益。(2)使用Pro/E软件对臂架系统进行分析，也给研发人员提供了一种新的思路，因为大多数只是使用Pro/E作为一种建模软件。(3)基于Pro/E软件对臂架系统进行了建模、有限元分析和优化设计的一体分析，最大可能地减少了建模软件和分析软件之间数据文件的衔接，实现了数据在不同阶段传递的无缝连接，提高了分析结果的准确度。
作者：陈贯祥 李捷 郭润坤 王富民 单位：太原科技大学机械工程学院
1智能化弱电系统存在的问题
1.1缺乏统一的技术标准目前，我国的智能化弱电系统在建设的区域有相关的设计标准，但在全国范围内，没有统一的技术标准，这就导致全国的智能化弱电系统建设的技术层次不一，系统的设计水平也不一样，这样使全国范围内的智能化弱电系统的建设具有局限性，难以实现全国范围系统间的互相运作。例如，在计算机局域网系统的设计中，全国范围技术标准的不统一，便很难实现区域间的信息交流、资料共享，这样便会影响办公的效率与地区的管理。1.2建设导向不切实际智能化弱电系统的设计、建设、使用等都需要许多部门的相互合作，包括有关的政府部门、业主、设计人员、施工单位等。建设导向的不切实际，不能从实际从发考虑设计、建设，就容易导致设计者、业主、施工人员对智能化弱电系统的追求不同，因而对设计理念的理解不同，便会难以达致统一的设计方案，从而影响设计方案的制定和工程的质量。例如，业主追求系统功能便捷、完备，设计者追求高水准，施工单位希望工程简单等，这就导致设计跟随潮流、施工的技术欠缺，使系统的设计成本高，工程运作困难等。1.3缺乏相关的专业人才就我国的智能化弱电系统设计而言，设计者的专业知识欠缺，对于通信、计算机、电气等方面的知识不能全面掌握，这就造成系统出现问题时，不能全面的分析整体系统，不能有效、全面的解决问题，而是使各系统独立运行，各部门单独管理。同时，智能化弱电系统的设计缺少具有前瞻性、创新性、有经验人员，对于系统的设计便缺乏先进的技术、完备的功能，使系统的功能性不健全，设计不合理，容易在以后的工程施工和维护中出现不便和安全问题。1.4对国外智能化产品的过多引用我国的智能化弱电系统的起步较晚，在技术方面落后国外。在我国的智能化建筑市场中，国外的设计单位占据了市场的大部分位置，国内的大多数有关智能化弱电系统的产品也引用的外国产品，这就大大阻碍了国内智能化弱电系统产品的开发研制，影响了相关设计的发展。同时，由于国外产品、设备的价格昂贵，在产品技术方面与我国的智能化弱电系统存在某些出入，安全方面也存在信息泄露、数据丢失等问题，这就使我国的智能化弱电系统设计、建设不能顺利开展。
2智能化弱电系统的优化对策
2.1提高智能化弱电系统设计的技术规范设计决定了智能化弱电系统的整体运行，智能化弱电系统设计包括施工方案设计和功能设计两方面。设计方案要以经济性、实用性、科学性为原则，根据系统工程进行规划，通过分析建筑的使用功能，制定出可行的设计方案，整体的规划系统。对于施工方案的设计，需要根据具体的系统功能、设备进行制定，结合实际情况规范系统设计，确保方案的准确性。2.2完善智能化弱电系统工程的管理、维护在工程施工前，要确保施工人员、管理人员、设计人员对整个施工过程熟悉掌握，把握施工中的重点，分工明确，施工合理、分阶段的进行。在施工的过程中，管理人员要对施工的整个过程进行监管，严格把控工程的每个环节，完善监测、管理制度，提高工程的维护效率，使工程中可能发生的隐患降到最低。在施工中，对电缆、电管的敷设，统计施工等做好数据记录，为工程管理和质量分析提供方便。2.3学习先进技术，培养专业人才我国的智能化弱电系统起步较晚，在人才、技术方面与国外有一定的差距。在智能化弱电系统的设计中要借鉴学习国外的先进技术，根据具体的功能、实际情况，合理地运用国外的先进技术。通过对先进技术的学习、研究，开发、设计适用于我国的新理念、新技术。对于专业人才的培养，除了对于专业知识及电气、通信、计算机等知识的学习外，还应不断培训、学习国外技术，培养设计者的前瞻性、创新性思维。2.4对集成商进行谨慎地选择对于智能化弱电系统而言，工程的运作模式一般是弱电系统集成商、承包商对工程进行控制管理，或者是业主对各个系统进行整体管理控制。在工程运作中，系统集成商需要对整体的系统设计非常熟悉，能够根据有关智能化产品的不同特点进行管理审核，使产品符合设计、主体的需求。同时，系统集成商还需要负责施工、交付使用、服务、调试等工作，在系统设计、工程施工中起主导作用。因此，系统集成商必须具备工程管理、技术管理、组织管理的能力，对技术进行科学的分析、审核，对施工的安全、质量、进度进行合理的把控。对于系统集成商的选择直接影响着智能化弱电系统工程的开展、质量，谨慎地选择负责任的、专业的集成商是工程高质高效的关键。
3结束语
智能化弱电系统的设计、管理、施工存在一些技术、建设等问题，这需要设计者、管理部门、施工单位等部门及时的采取有效措施解决问题。通过提高人才素养，借鉴先进技术，提高技术规范、管理等对智能化弱电系统进行整体、全面的改善、提升，使系统设计、工程实施、维护等都得到质的提升，确保我国的弱电工程顺利开展，从而提升加快我国智能化弱电系统的建设，真正实现建筑的智能化建设，为人们生活的安定、和谐提供保障。
作者：王晶 单位：大埔县建鑫工程建设监理有限责任公司
关键词：系泊系统 悬链线 受力分析 非线性方程组 非线性约束优化 多目标优化模型
中图分类号：P751 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（a）-0055-03
近浅海观测网的传输节点由浮标系统、系泊系统和水声通讯系统组成。如图1所示，浮标系统可简化为底面直径2 m、高2 m的圆柱体，浮标质量1 000 kg。系泊系统由钢管、钢桶、重物球、锚链和锚组成，锚质量600 kg，钢管共4节，每节长1 m直径50 mm，每节质量10 kg，要求锚链末端与锚链接处切线方向与海床夹角不超过16°。水声通讯系统安装在长1 m、外径30 cm的密封圆柱形钢桶龋设备和钢桶总质量100 kg，钢桶上接第4节钢管下接锚链，钢桶竖直时，水声通讯设备工作效果最佳，若钢桶倾斜，则影响设备工作效果，钢桶倾斜角超过5°时，设备工作效果较差，为控制钢桶倾斜角度，钢桶与电焊锚链链接处可悬挂重物球。
1 分析
该系统优化设计类似一个悬链线模型，但与普通的悬链线模型又有不同，其主要分为两部分，钢桶以下连接锚链可看成悬链线模型；钢桶以上连接4根钢管，需单独分析。问题一，首先，建立平面直角坐标系并对系统各部受力进行分析；如图2所示，要考虑系统临界状态，计算出使锚链是否躺底的临界风速ν0；最后根据锚链的不同形态，对两种风速下的系统，借助于非线性方程组计算求解。问题二利用一种所得模型，直接解出风速为36 m/s时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链形状和浮标的游动区域，再通过建立非线性约束优化模型，求出重物球质量m1下限。根据浮标恰好浸没于海平面时的受力分析，求出重物球质量m1上限。问题三采用极限思想的方法，假设风速和海水速度均达到最大值，取水深16 m和20 m的两种情况，利用问题二的模型，重新整合目标函数和约束条件，获得新的多目标非线性约束优化模型，然后对模型计算求解。
1.1 系统各部受力分析
对系统进行受力分析，建立方程求解，对每一个力F建立坐标，进行关于水平方向和竖直方向的正交分解。接下来自下而上对系统内各部分进行受力分析。以钢桶为例，得到如下受力分析图如图3、图4所示。
各分力在水平和竖直方向受力平衡，桶长度为1 m，以及以P1点作为基点分析力矩平衡，可列出如下方程组：
4根钢管与此类似，而浮标的方程组如下：
1.2 悬链线计算公式
根据文献[1]可知，常见有3种悬链线构型及张力分布情况如图5所示。
躺底的悬链线计算公式[1]：
不躺底的悬链线计算公式[1]：
2 求解
2.1 判断临界值求解问题一
把倾角5°作为一个限制条件，假设极端情况――钢管与钢桶全都成一条直线，这样计算出的误差值Δd为0.019 m.可见即使在钢管和钢桶都倾斜5°的情况下，竖直高度误差也是极小的。把浮标以下所连物体都看成一整体，则参照浮标受力分析图解出临界风速：ν0=22.3 m/s（如图6所示）。
图6 浮标下钢管坚直与倾斜的高度差
最后两种风速下的情况分别套用躺底和不躺底的公式，联合其他条件用Mtalab中的fsolve函数就能求出结果见表1所示。
2.2 用非线性约束优化模型求解问题二
下限质量的求解其实可以在问题一模型的基础上，附加一组约束条件，形成一个非线性约束优化模型。为此，只要找出问题二需要的目标函数，即：minG1。给出的限制条件为钢桶倾斜角度θ5不超过5°，锚链在锚点与海床的夹角α不超过16°。结合钢桶受力分析图，得到如下不等式约束：
由于36 m/s时锚链同样不躺底，与24 m/s情况相同，所以我们仍采用未躺底的悬链线计算公式。结合上文受力分析所得的非线性方程组，整合方程组即为我们需要的等式约束条件.用Matlab中的fmincon函数求解得：重物球质量m1下限2 045.8 kg；根据浮标恰好浸没于海平面时的受力分析，求出重物球质量m1上限6 109 kg。
2.3 多目标非线性约束优化求解问题三
新的优化模型有3个目标函数，即minχ6、minθ5和minθ5。但由于多目标优化问题求解困难，考虑到问题中的要求（钢桶倾斜不超过5°，浮标必须露出海面），我们将其中两个目标转化为约束条件，即将吃水深度和钢桶倾斜角度转化为约束条件.这样游动区域就成了唯一的目标函数，即：minχ6。
3 结语
我们主要建立的是一个静力平衡模型，从水平方向、竖直方向来分析受力平衡，通过位置与力分析力矩平衡，建立非线性方程组，最终解得所有未知量。我们还建立了非线性约束优化模型，求出了最优解。对于最后一问，我们将多目标优化模型，将其中的两个目标转换为约束条件。在处理过程中，我们忽略了海水对锚链的作用力，存在一定误差。
多目标优化模型在当今社会的生活中很有非常广泛的应用，比如：有时候我们既想要获得最小风险又想要获得最大收益，对此我们就可以运用多目标优化模型进行解答。
参考文献
【关键词】PLC自动化 控制系统 优化设计分析
随着时代的发展和科学技术的不断进步，传统的工业生产模式已经不能很好的适应当下社会发展的需要，现代化的自动运转模式逐渐成为当下工业生产发展的重点和难点，特别是最近几年，大量现代化的数字模拟系统在工业生产中被广泛的应用，除了对其整体的生产效率起到重要的推动作用之外，对于整个工业生产运营模式的发展也起到了十分关键的促进作用。
1 PLC自动化控制系统硬件设计分析
作为整个PLC自动化控制系统中至关重要的组成部分，其硬件设备质量的好坏将会对整个系统的运行效率和质量产生非常重要的影响，根据本文对现阶段PLC自动化控制系统运行的具体情况的调查研究发现，其硬件设计大致可以划分为输出电路和输入电路两大部分。首先，对于输出电路来说，其主要是将系统运行过程中所产生的各种信息通过变频器或指示灯等向外进行传输，同时在这一过程中整个系统处于高频率的运行状态之中，对于整个系统的运行负载能力也将产生非常重要的影响，将会产生非常强大的抗负载能力；对于输入电路来说，现阶段在我国工业生产运行中应用比较广泛的电源类型是DC 24V，这种状态下的输入电路能够最大程度上的保证电路运行的安全性，极大的降低了电路系统发生短路现象的概率，同时由于其现代化的运行模式，其所产生出的输入电路的功率也达到了传统功率的两倍以上，在现阶段PLC自动化控制系统中得到了十分广泛的推广和应用。
2 PLC自动化控制系统输入电路设计分析
作为近些年来在我国工业生产中占据重要地位的技术内容，PLC自动化控制系统对整个工业生产和发展都起到了非常重要的推动作用，在其整个系统中输入电路占据着非常重要的作用。根据本文对现阶段我国工业生产的总体发展情况进行调查研究发现，应用最为普遍的是AC85-240V的电压，这种模式下的电压相对比较稳定，因此其在大部分工业生产中得到了广泛的应用，同时由于电压的特殊性和稳定性，其所受到来自外界的干扰也相对较少。在进行该种电压安装的过程中，相关技术人员首先要根据工业生产的实际情况以及对电压的需要对其电源进行相应的净化，在这一过程中最为重要的设备即隔离变压器和电压滤波器，二者通过相互配合，共同作用c整个电压系统的安装，同时在整个安装的过程中为了保证工业生产的顺利进行，还需要进行双层隔离技术的引进，尽量避免由于高低频脉冲对于整个系统运行的干扰。除此之外，值得注意的是，在系统的安装过程中还需要根据实际的安装情况对输入电路进行及时的测试，如果在这一过程中发现电压超过负荷的情况需要及时对其进行调整，防止出现短路现象给整个工业生产的正常运行造成严重的损害。
3 PLC自动化控制系统输出电路设计分析
对于PLC自动化控制系统输出电路来说：
（1）相关技术人员需要根据实际的电路需要和工业生产的具体情况制定相应的设计方案，在设计过程中需要根据电路的运行情况对整个系统的指示灯和晶体管部分进行格外的关注，确保其在高频率的电压和电流输出的过程中能够满足PLC自动化系统的运行需要，防止其出现荷载量过高的情况；
（2）现阶段在我国工业生产的过程中经常会出现带有电磁线圈的输出电路，对于这部分电路进行设计的时候，为了防止其在后期的运行过程中出现由于电路问题而导致的一系列的浪涌冲击现象，相关部门需要在其外圈部分进行续流二极管的接入，其不仅能够有效保证整个电路的顺利运行，同时对于设备的安全性也起到了非常重要的加强，因此在现阶段PLC自动化系统中的到了十分广泛的应用。
4 PLC自动化控制系统抗干扰电路设计分析
PLC自动化系统在其运行的过程中经常会受到来自外界的各种电磁波等其他因素对其产生的干扰，对于整个工业生产系统的有序运行也将产生非常不利的影响，随着现阶段科学技术的不断进步，相关技术人员经过多年的反复研究和论证发现，可以通过相应的技术和手段去对系统的抗干扰性进行不断的加强，使其能够更好的运行。现阶段在我国PLC自动化系统运行中应用的最为广泛的抗干扰的措施主要有以下三种：
（1）隔离作为抗干扰设计中应用最为广泛的一种，其通过将系统运行周边出现的电容耦合进行隔离的方式去对整个系统的高频干扰进行隔离；
（2）屏蔽，屏蔽技术也是现阶段我国PLC自动化系统重应用较为广泛的一种，其通过将干扰源利用现代化的技术将其屏蔽到金属柜之中以此来确保整个设备和系统处于一种正常运行的状态之下，该种方式应用起来较为简单，同时其抗干扰性能相对较好，因此在现阶段我国大部分PLC自动化系统重都得到了十分广泛的应用；
（3）布线，所谓的布线主要指的是将干扰源进行分散的一种形式，在现阶段的PLC自动化系统重应用也较为广泛。
5 结语
本文通过对现阶段在我国社会主义现代化建设和发展中占据重要地位的PLC自动化控制系统优化设计方面的内容进行一系列的分析和讨论，并具体提出设计思路，希望能在未来我国工业生产和建设发展中起到一定的促进作用，更好的推动我国的发展和进步。
参考文献
[1]袁传信.PLC自动化控制系统优化设计探究[J].赤峰学院学报（自然科学版），2015（01）.
[2]黄建华.基于PLC在自动化立体仓库控制系统中的优化设计[J].工业控制计算机，2013（11）.
[3]张亮.煤矿电气自动化控制系统优化设计分析[J].内蒙古煤炭经济，2015（12）.
关键词：水电站；自动化系统；优化设计
随着国家电力体系的改革，不难发现水电站如果没有综合自动化系统，仅仅依靠于传统的人工操作控制，从根本上说很难满足市场竞争的需要。同时，一旦不了解实时行情，在参与竞价的时候难免存在各种各样的困难[1]。虽然争取到了发电上网的机会，但是又因设备陈旧落后以至于不能可靠运行，不仅仅影响电网供电，同时也使得自身效益受损，进而与好不容易才争取到的发电机遇失之交臂。因此文章对电力自动化干扰因素以及抗干扰技术措施进行探讨研究有一定的理论价值和现实意义。
1 浅述水电站自动化系统
1.1 水电站自动化系统概述
所谓的水电自动化主要是通过对计算机监控系统的借助，进而代替人工操作对变电站定时巡回检查、记录，不仅仅实现无人值班，同时进一步改善广大水电职工的工作和生活环境，总之自动化技术是水电站安全经济运行的必要技术手段。
1.2 自动化系统设计简介
水电站的综合自动化主要是是建立在计算机监控系统基础上，对整个电站进行的一种全方位监控，对火情的监控、对水文的测报，对数据的及时处理和反映，并能准确地与上一级调度部门进行实时数据通信等全方位自动监测的控制系统。一般包括5个子系统，分别为计算机监控系统、工业电视监控系统、消防监控系统、基础自动化元件及自动装置以及水文自动测报系统。
2水电站自动化系统的必要性
2.1 提高工作可靠性
自动化系统在水电站的应用，不仅仅实现水电站各种自动装置的快速高效检测、记录以及报警，同时又降低了水电站不正常工作状态事故发生的概率，对水电站设备有一定的保护作用。水电站自动化系统在其运行的过程中，各项操作和控制过程无须人工操作，一方面降低事故发生的可能性，另一方面避免了运行人员误操作的可能，从根本上保证了设备的可靠安全性[2]。
2.2 提高劳动生产率
就其实质性而言，部分水电站的地理位置较为偏僻，距离城镇较远，以至于水电站的职工长期处于较为封闭的环境，其生活状况相对较差，而水电站自动化系统的应用，不仅仅改善了广大水电职工的工作，同时也在一定程度上改善了广大水电职工的生活环境。通过借助于计算机监控系统，从根本上代替人工操作，进而完成对水电站定时的巡回检查和记录，真正意义上实现了少人值守，提高了劳动生产率，降低了劳动疲劳率。
2.3 符合电力体制改革的要求
就目前而言，随着我国电力体制的改革，逐渐将实现“厂网分开，竞价上网”，传统的人工操作控制很难满足市场经济竞争的需求，而自动化系统凭借着自身优越的科学技术，及时的了解电网行情，并及时的参与竞价，最终实现电网的供电，其带来的社会效益以及经济效益是不可估量的[3]。
3 水电站自动化系统的优化设计
一般来说，水电站自动化系统主要有计算机监控系统、工业电视监控系统、消防监控系统、基础自动化元件及自动装置以及水文自动测报系统五个子系统。
3.1 计算机监控系统
所谓的计算监控系统主要是综合自动化系统的核心部分和基础部分，一般来说，计算机监控系统主要有三种模式，一方面计算机监控系统其主体部分则是常规控制，而辅助部分则是计算机；一方面计算机监控系统的主体部分则是计算机，而辅助部分则是常规控制设备；另一方面主要表现为无常规控制设备的全自动化的计算机监控系统。
计算机监控系统模式的选择主要依据于水电站的实际具体情况，就其实质性而言，新建的水电站主要是以全自动化的计算机监控系统为主。但是在对相对老旧水电站进行改造的过程中，常有机的结合计算机和常规控制设备，进而实现水电站计算机的监控。
计算机监控系统最主要的功能主要表现在遥测、遥控、通信以及遥调四个功能，常用于语音、可视化以及视像功能的设备。
3.2 工业电视监视系统
所谓的工业电视监视系统主要是实现现代化管理和监视的基本手段，能够及时并真实的对被监控对象的具体信息得以反应，尤其是水电站自动化系统中的工业电视监视系统，其监控人员仅仅通过电视监视，及时的对水电站的各个情况进行充分的掌握，保障了水电站安全有效的运行。
同时，工业电视监视系统和计算机监视系统相对来说是独立存在的，而工业电视监视系统主要是对各个子系统进行综合处理，进而传送到水电站的主控室。但是计算机监控系统主要是对各个子系统的一种监视。一般而言，工业电视监视系统有着相对较好的传输速率。
要想从根本上保证水电站更加安全有效的运行，就要将计算机监控系统和工业电视监视系统独立工作，尽可能的先实施计算机监控系统，后实施工业电视监视系统。
3.3 消防监控系统
所谓的消防监控系统主要是对水电站进行的火情监测，常设置在水电站的主厂房、副厂房以及主变区等设备的重要部位。消防监控系统对火情探测器的采用，当有火情出现的时候，探测器就会发出一种信号，其信号经过一定的信息处理，进而产生一定的报警，并将处理的信息通过串行通信接口的连接，与水电站计算机监视系统有机的相结合，对火灾的具置进行展示，并对火灾处理措施有一定的提示，这种异步通信的方式对于火情的及时发现和及时解决，有一定的积极影响作用[4]。
总之，水电站消防监控系统不仅仅起到一定的监控，同时在一定程度上也真正意义上实现了水电站的通风以及水喷雾灭火系统的控制。
3.4 基础自动化元件及自动装置
所谓的自动装置主要是能够独立发挥水电站相应设备的自动控制以及自动调节，自动装置主要是独立于计算机监控系统的一种装置，就水电站综合自动化系统而言，要想从根本上提高经济效益，就要保证水电站自动控制设备有着快速性、安全性、稳定性以及可靠性，并从根本上与计算机监控设备合理的进行配套。
所谓的基础自动化主要是对水电站主设备和辅设备运行工况进行的监视，对水电站机组以及辅助设备的自动化控制系统有着直接性的保护性能。
3.5 水文自动测报系统
所谓的水文自动测报系统，主要是对水电站水情、汛情情况的监控，从根本上对水情及时、准确搜集，进而对水情做出及时的预报。水文自动测报系统主要有水文自动测报基本系统以及水文自动测报网两种系统。超短波通信、短波通信以及卫星通信为水文自动测报系统最基本的通信方式。
4 结束语
随着时代经济的快速发展，自动化系统在水电站得到了广泛应用，这一举措不仅仅是水电站现代化管理的发展方向和科技进步的标志，同时也是我国电力管理部门对水电站现代化的综合要求，为现代化建设和可持续发展战略的实施带来了一定的经济价值和现实意义。总而言之，我相信，随着未来相关人士对水电站自动化系统新技术、新工艺以及新产品的大量推广，水电站的运行将会更加的安全可靠。
参考文献
[1]刘书勤，党琦.水电站自动化系统中监控系统的应用[J].中国科技博览，2012（11）：102-102.
[2]严国章.水电站自动化系统中监控系统的应用[J].中国科技博览，2012（3）：18-18.
关键词：建筑排水系统 优化设计 雨水系统 污水系统
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（a）-0096-02
1 研究背景与意义
建筑排水发展至今，业内研究其设计理论及优化设计的文献不多，从设计角度而言，有必要总结及研究建筑排水工程优化设计的相关问题。建筑排水设计从实质上说，是一种系统设计，有必要以系统工程的原理为基础，对其优化设计进行深入研究。
系统工程作为一门独立学科，应用日趋广泛，最著名的应用是美国的曼哈顿计划（原子弹研制）和阿波罗登月计划。从二战末期至今，其理论及实践逐渐完善，形成许多分支，如经营管理系统工程、后勤系统工程、行政系统工程、科研系统工程、环境系统工程、军事系统工程等。
系统工程是实现最优化的科学。用定量和定性相结合的系统思想和方法处理大型复杂系统的问题，无论是系统的设计或组织建立，还是系统的经营管理，都可以统一的看成是一类工程实践，统称为系统工程。系统工程是一门特殊的工程。一般的工程学，诸如建筑工程、机械工程、电子工程等都有其特定的工程物质为研究对象，而系统工程的对象，则不限定于某种特定的工程物质对象，不仅如此，它还包括自然系统、社会经济、经营管理系统等非物质系统。鉴于系统工程处理的对象主要是信息，国外有学者将其视为一门“软科学”。
在建筑排水设计、施工、运行和管理过程中，从业者总会希望尽量将工作做到最好，获得好的社会与经济效益。但最终出来的结果并不是都很理想，有的很好，有的很差，甚至有时结果与人们所预想相去甚远。造成此种差别的原因有很多，关键的一点是从业者的经验以及对优化方法的掌握程度。
从业者的经验是实现工作效果优化的重要知识来源，也是实现工作优化的重要方法，但个人的经验是有限的，遇到复杂的、综合性的问题时，仅仅依靠以往的知识和经验，难免考虑不周，存在局限性，是难于实现工作优化的。
社会经济的发展，建筑行业的快速发展，催生了大量大体量、多功能、超高层建筑。这些建筑层数多、体积大、功能全、结构复杂，这就对其中的排水设计提出了越来越高的要求。建筑排水设计可视作一个系统工程。运用系统工程的理论，找到工程设计的最优方案，则是我们研究的目标。
2 排水系统优化设计的特点
排水工程的最优化设计，是运用系统分析原理和最优化技术设计出效率高、能耗低、费用少、可靠性适当的排水系统，这其中包含两个方面的优化内容，一方面是满意的系统结构，另一方面是满意的系统参数。针对系统参数，目前国内已经开展了大量的优化方法研究，并且在前人研究的基础上已形成了一定的经验性数据，大大简化设计过程，减少重复性劳动。关于系统结构，往往是在理论与实践知识积累到一定程度后，由经验丰富的工程师们对系统的结构进行整体把握，分析系统结构，并给出适应新情况的新型系统。
从来不会有相同的两个项目，每个项目的问题都不会相同，没有现成的教科书可以教学，只能从经验中去总结一般规律，一般性方法，工程界流传一句话“越老越值钱”。这值钱的关键就在于经验丰富，针对新项目、新问题，不仅仅只是完成设计，而是要尽量做到目前技术水平下方案最合理，即最优化。相对常规设计，优化设计具有以下几大优点：（1）找到满意的参数与结构，使整体效能最佳，提高系统的效率，或降低投资和运行费用。（2）通过系统过程模拟，优化系统参数与结构，提高系统运行的可靠性和稳定性。（3）较好地实现系统的自动化运行及管理。（4）不断寻求更优良的系统，促进新系统的形成，为缺乏工程经验的人员作出优良工程设计提供有力的手段。
3 排水系统设计优化
3.1 污水排水系统
3.1.1 污水排水系统优化目标
室内排水系统主要用以排除建筑内部粪便污水和洗涤、洗浴废水，排水立管及横管的设计要求保证正常使用下能够顺畅排水，并防止卫生器具水封受到破坏而散发臭气，影响室内环境卫生。建筑物内排水设施的设计和安装的质量会对用户的日常生活造成很大的影响，尤其是排水设计，像噪音问题、有害气体从排水管进入室内、排水不畅等问题。在建筑排水系统设计中，如何做到将上述问题的影响减到最小，维护室内卫生，防止污染，使排水管道系统内气压稳定，保护水封不被破坏，维修方便，工程造价低，是排水系统设计的优化目标。
3.1.2 污水排水系统分析
室内生活排水系统分为污、废分流制以及污、废合流制。建筑物内排水系统采用何种排水形式，应根据所在城市室外排水制度、市政主管部门的要求及是否有利于综合利用与处理要求来确定。如北京市、深圳市等建筑物的排水系统采用的是合流制（建筑物采用中水系统除外），而大连市建筑物的排水系统则采用分流制，生活废水在化粪池后与粪便污水合并排入城市污水管网。“水规”第4.1.2条规定：建筑物内下列情况宜采用生活污水与生活废水分流的排水系统：（1）建筑物使用性质对卫生标准要求较高时。（2）生活污水需经化粪池处理后才能排入市政管道时。（3）生活废水需回收利用时。从提高建筑物的卫生标准来讲，污、废分流更合理，它可以减小化粪池的容积，提高化粪池的污水处理效果。但这样会增加室内的排水立管以及室外检查井的数量。
现各大城市均设有污水处理厂，针对有污水处理厂的情况下，是否需要设置化粪池，应具体情况具体分析对待。有城市污水处理厂还要设化粪池的目的是由于城市的快速发展，污水处理厂的建设不能适应城市建设的要求，污水处理构筑物处于超负荷的运转，为减轻污水处理厂的负担而设置化粪池。但有的地方出现过这样的情况，因建筑单体或小区均设有化粪池，生活污水经化粪池处理排入市政管网后再进入污水处理厂进行处理，结果出现污水处理厂的反应池内微生物养料不够，使污泥难以成熟，需要往里面投加粪便的情况。对于化粪池的设置，仍然存在一些需要探讨的地方。
总之，选用何种排水系统，应根据排水性质、排水污染程度，结合室外排水体制和有利于综合利用与处理的要求确定。
3.1.3 优化设计要点
解决排水系统问题，优化排水系统设计方案，可以采取的方法、手段很多，这其中有两个方面需要特别注意。
（1）通气管的设置：通气技术的主要目的是提供排水中气体的散逸，达到透气的作用，防止排水系统中出现水封的负压虹吸及正压喷溅现象，确保空气的循环，保持排水通畅、安静。建筑排水系统可根据通气方式分为伸顶通气排水系统、双立管排水系统、环形通气排水系统和器具通气排水系统四种。通常情况优先采用双立管排水系统，即设置专用通气立管。专用通气立管有效增加立管的排水能力，平衡立管内的正负气压，减少气塞现象，从而降低噪声。设置何种通气管，具体怎么设置，“水规”中有作为单独的一节进行说明，可见通气立管的设置正确与否直接影响到整个排水系统能否正常使用。
（2）排水管材：近年来，塑料管以其价格低、重量轻、安装方便、水流阻力小等优点在室内排水工程种得到广泛应用，已逐渐取代了传统排水铸铁管，但塑料管水流噪声大（比排水铸铁管高约10dB），易老化。在环境要求较高，对噪声有严格限制的场所，则应采用柔性接口离心铸造的排水铸铁管，或者选用噪声小的塑料管，如U-PVC 螺旋管等。当然不同管材价格会有差异，可以根据建筑物功能以及档次，对噪音的限制程度等来综合确定。
3.2 雨水系统（如图1）
3.2.1 雨水排放系统的分析
雨水排放方案的确定，首先要以安全目标为依据，做到一般暴雨不积水，特大暴雨、历史上罕见的大暴雨，即使积水，也要在最短时间内退水。除了将雨水及时排放之外，现在越来越多的考虑将雨水进行滞留、储蓄并加以回用，将雨水综合利用起来，以创造资源节约型、环境友好型、雨水的综合利用问题越来近年来雨水的综合利用越来越受到重视，特别是随着绿色建筑的发展，作为完成绿色建筑评价指标的一项重要措施，雨水综合利用的研究在国内已经开展。
在实际设计时，应根据建筑物的类型、建筑结构形式、屋面面积大小、当地气候条件及生产生活的要求，经过技术经济比较来选择排除方式。但是，随着现代建筑日新月异的发展，建筑屋面形式多样化，随之也带来了屋面雨水排水系统设计的问题。
（1）雨水排放系统的划分。
雨水排放系统按照设计流态来分，分为重力流雨水系统和压力流（虹吸式）雨水排放系统。
重力流雨水系统是国内工程实践中通常采用的传统排水系统，使用65型、87型雨水斗，流态为半有压流。但重力流雨水系统在设计过程中存在一定的局限性，如悬吊管安装要有一定的坡度、宜单斗单排、需要设置检查口等，往往需要设置较多的雨水斗、较多的雨水立管及雨水出户管，从而也出现较多的雨水检查井及埋地雨水管道，因此为了达到设计效果可能会浪费宝贵的建筑面积和建筑空间。
虹吸雨水系统是近些年发展起来的新型雨水排放系统。这种系统设计建立在精确的计算模型基础上，突出的优势为流速高、管径小，适合于对排水悬吊管、立管和出户管管径、数量有所限制的情况。在屋面形式方面，与重力系统相比，对于大面积平屋面且对建筑内部空间要求严格的场所，虹吸系统自身所要求的较小管道坡度恰好能与建筑功能要求取得一致。正因为虹吸雨水系统具有上述特点，现主要应用于大型屋面雨水排水，如机场、大型工业厂房及仓库、体育馆、会展中心、大型超级市场等。
（2）新型雨水排放系统。
近几年，国内城市一遇暴雨，就陷入城市内涝的困境，有的城市被戏称为“东方威尼斯”。每年的春夏两季，各地进入汛期，一场暴雨就可以使整个城市陷入瘫痪，虽然采取了多项治理措施，先后投入大量资金进行治理河道、修建和改建排水设施，但城市内涝状况并没有得到太大的改善，在部分低洼地区经改造后得到改善的同时又有许多新的积水点出现。造成城市雨水内涝的原因很多，从生态学系统整体性原理来看，城市水环境系统是由自然循环系统和人工循环利用系统所组成。其中，城市人工循环利用系统由城市系统、排水和水处理系统组成。人类活动，不断地扩大其干预自然循环系统的范围，却忽视了对整个城市水环境系统的影响。针对这些情况，很多国家都从完善城市水文生态系统的新理论入手，积极探讨新的城市暴雨管理系统，并取得成熟的经验。
目前许多发达国家从雨水的地下渗透与滞留、贮存、净化处理与中水利用入手，积极探索新型的排水系统。雨水排放系统已由传统的雨水初期弃流、单独排放转变为以渗为主，贮蓄排相结合的排放系统；以储为主，渗排相结合的排水系统以及其他形式的排水方式。中国作为一个发展中国家，城市内涝状况频发，雨水排放问题早已引起社会各界的高度关注，国内也已经开始雨水生态化处理的道路探索。近年来，雨水入渗及调蓄系统得到越来越多的运用，一些具有前瞻性的城市管理政策已经或正在制订，包括鼓励采用雨水入渗及调蓄系统，倡导低影响开发（LID）理念，降低场地雨水径流系数等综合措施，在北京、天津、宁波等地已经有一些实施项目，把LID理念与技术成功应用到项目的规划设计中，并取得很好的经济效益和环境效益。
所谓低影响开发（LID），是通过模拟自然水文条件，采用源头控制理念，采取结构性与非结构性的技术措施，尽可能维持或恢复区域开发前的水文特征。雨水生态化处理，采用低影响开发（LID）理念，设置雨水入渗及调蓄系统，通过分散的小规模措施对雨水径流进行源头控制，减少雨水径流峰值流量和总量，可以采取多种多样的实现手段，透水材料、渗透排水沟、植物过滤带、植被浅沟等。露天硬地面如道路、广场、停车场等尽量铺设透水材料，使大气降水渗入地下，形成含水量较多的土壤层，使径流量由短期变成长期。道路两侧设置渗透排水沟，将部分雨水渗入地下，同时可以过滤掉雨水径流中的污染物，形成的雨水径流，采用渗透管，而非采用传统的雨水管道，尽最大可能将雨水在形成径流的过程中渗入土壤，这样可以有效削减暴雨期形成洪峰的频率和径流量。绿地及其他植被根系保持水土涵养，大面积的绿化草坪，设计规划为植被过滤带，建立适当的雨水管理辅之以工程渗透技术，使雨水充分渗入地下，可以有效地去除雨水中的污染物质，降低暴雨径流量。
雨水生态化处理，一改传统的尽快将雨水弃流的观念，采用雨水渗透-排放一体化模式，从整体考虑，结合低影响开发（LID）理念及技术，将雨水的控制及利用贯穿于整个项目的规划设计过程之中。
3.2.2 雨水系统的选择原则
建筑物雨水系统的选择原则。
（1）选择的雨水系统应尽量迅速及时、有组织地将屋面雨水排至室外地面或管渠。屋面雨水是指以小于建筑物设计使用年限为重现期的降雨。（2）屋面雨水排除应优先选用既安全又经济的雨水系统。安全的含义首先包括：室内地面不冒水、屋面溢水现象应尽量减少或避免、管道能承受正、负压的作用，不漏水冒水。经济是指：在满足安全排水的前提下，系统的工程造价低、投资费用少，少额外占用空间高度；系统的寿命长。在保证安全性和经济性的同时要兼顾施工方便。（3）雨水从屋面溢流口溢流不符合第①条的精神，属于非正常排水，应尽量减少或者避免。
3.2.3 雨水系统优化设计要点
新型雨水排水系统在国内的实施项目虽然不多，但发展速度快，发展潜力大。它的成功应用需要多部门、多专业的配合，专业间存在技术接口问题。作为排水设计人员，在进行雨水排放系统的设计时，要改变传统的尽快将雨水排放的观念，倡导LID 理念的运用，考虑雨水以渗为主，贮蓄排相结合的排放系统，或者以储为主，渗排相结合的排水系统，雨水渗透-排放一体化，且储蓄的雨水还可以进行雨水的利用，用以绿化浇灌及车库的地面冲洗等。
近年来校园及小区规划设计越来越多，校园或小区中往往包含大面积的景观水体。在进行校园或小区的水系规划时，我们可以运用系统工程的整体性思维，进行水环境综合考虑，通过将片区内污水排放系统、雨水排放系统、中水系统与景观水体进行整合，将校园或小区内水环境的人工循环系统与自然循环系统结合起来，实现校园或小区“零排放”的概念，减少对外界环境的影响。这可以作为片区水系规划的一个优化目标。
4 结论
本文主要研究关于建筑排水系统的优化设计。首先，研究其设计理论，总结了优化设计的指导思想，评价指标以及优化程序；其次，从系统工程可靠性角度出发，通过分析系统可靠性，指出了关于提高建筑排水系统可靠性的方法及途径；接着，从设计者角度出发，依照设计开发流程，具体介绍建筑排水工程的优化设计，从拿到设计任务书，对建筑排水系统环境分析开始，对其进行系统建构工作，总结了排水的优化设计目标以及优化设计要点。
参考文献
关键词：排水管网；优化设计；管道系统；优化布置
我省经济发展水平不断提高，城市居民生活污水量和工业废水的排放量也迅速增加，用于污水处理和管理的费用与日俱增。市政道路排水管网设施不完善或建设不当会引起许多问题。如何从规划设计的角度出发解决好这些问题，是市政道路排水管网建设前期工作的关键排水管网是城市市政建设的重要组成部分，投资比例约占整个排水系统投资的80%左右。要实现2010 年城市污水集中处理率≥40%的目标， 对排水管网进行优化设计、降低工程投资费用，具有非常重要的经济意义。市政排水管网的优化设计主要是解决在已定平面布置方案下， 排水管径、埋深及提升泵站的优化设计以及排水管网平面布置方案的优化研究。
1 排水管网总体规划
排水管网规划的制定应符合城镇总体规划和区域规划，它与城镇其他单项工程建设要密切配合，如城镇功能分区布局、建筑界限、道路规划、地下其他设施规划等，要从全局观点出发合理解决，使其构成有机整体。同时，排水系统规划设计是动态的，在排水体制、排水量标准、排水主干管的定线工作完成以后，可以根据实际情况进行局部调整，以利于工程的具体实施。另外，排水管网建设有其自身的特点，因为它建设完成后使用期限有时长达四五十年以上，因此其规划设计工作又不能完全拘泥于总体规划，如果严格以总体规划的年限、服务范围、人口密度及污水量标准为依据，有时很难顺应城镇发展的需要。因此，城镇排水管网规划设计应比城镇总体规划年限更长些，排水量的计算应从多方面预测并要留有发展余地。
2 已定平面布置下的管道系统优化设计
排水管道优化设计主要是指：对于某一设计管段,当设计流量确定后，在满足设计规范要求的管径和坡度的多种组合中，取得管材费用与敷设费用的平衡。在排水管线平面布置已定情况下，对于管段管径―埋深的优化设计, 国内外做了大量研究工作。
2.1 线性规划法和非线性规划法
1）线性规划法，是针对排水管网设计计算中的约束条件和目标函数的非线性，分别用其一级泰勒公式展开式代替，用线性规划的解作为问题的近似解，反复迭代，使迭代序列逼近非线性规划的最优解。缺点是把管径当作连续变量来处理，存在计算管径与市售管径不一致的矛盾，且前期准备工作量大。以后发展的整数规划法，虽然在一定程度上解决了线性规划的缺点，但是其整型变量比较多，难以求解。
2）非线性规划法适应了计算模型中目标函数和变量的非线性特征，可以优化选择管道的直径和埋深，但极大限制了目标函数和约束条件的形式。
动态规划法是目前国内外比较常用的一种方法。
2.2 动态规划法
基本思想是把排水管道设计看作一个多阶段的过程，通过对设计过程进行阶段划分来对管道进行优化设计。其应用主要分为两方面：
1）以节点埋深为状态变量，通过坡度决策进行全方位搜索。其优点是直接采用标准管径， 结果与初始管径无关， 且能控制计算深度， 但要求状态点之间的埋深间隔很小，使存储量和时间间隔大为增加。因此，在此基础上引入了拟差动态规划法，在动态规划法的基础上引入了缩小范围的迭代过程，但应用有一定的局限性。
2）以管径为状态变量， 通过流速和充满度决策。由于可使用的标准管径数目有限， 因此在计算速度和存储量上都有很大优势。以后又发展出了可行管径法。此法使优化计算精度得以提高， 并显著减少了计算工作量和计算机存储量。尽管动态规划法是解决多阶段决策问题的一种有效方法， 但在排水管道系统设计计算时， 前一段的设计结果将直接影响到后续管段设计参数的选用， 因此利用动态规划法求出的污水管道优化设计方案也并不一定是真正的最优方案。
2.3 直接优化法
直接优化法是直接对各种方案或可调参数的选择设计计算和比较来得到最优解，具有直观和容易验证的优点。主要方法有：
1）电子表格法是一种启发式的费用估算方法，允许用户寻找最小费用设计，能得出比动态规划法要好的结果而且更符合设计规范的要求。
2）两相优化法是设计流量确定后，在满足约束条件的前提下，选取最经济流速和最大充满度进而得到最优管径和最小坡度，最大限度地降低管道埋深。直接优化法的算法与人工算法基本相同，但受设计人员的能力所限，所得结果不尽相同， 所以所求结果不一定是最优解。
2.4 遗传算法
遗传算法。是进化算法一个分支，是模拟生物学中的自然遗传变异机制而提出的随机优化算法。遗传算法在解决中小型管道系统优化设计问题时可以求得最优设计方案，但解决大型管道系统问题时，只能求得趋近于最优解的设计方案。在排水管道系统优化设计中，不论采用何种方法，都以设计规范为基本要求，同时使费用达到最小。
3 管线的平面优化布置
排水管网的布置原则是既要使工程量最小，又要使水流畅通、节省能量。正确的定线是合理经济的设计管网的先决条件。定线的基本原则是：干管支管的设计尽量采用直线布局，不要拐弯；定线应尽量利用地势，使污水在重力作用下流入污水厂；设计时应尽量减少管道埋深；在管道的中途尽量减少提升泵站的设置。在早期的研究中，设计方法为假定每一段管径相同，以挖方费用为优选依据，选择初始布置方案，然后通过算法逐步进行调整。后来又引入了排水线的概念， 将排水区域内与最终出水口节点相距同样可行管数的节点用一根排水线连接起来。这样把问题转化为最短路问题，可用动态规划法求解。但此方法把寻优的范围被限制，使人们在设计过程中很容易把最优方案排除。后来，人们把城市排水系统排水布置抽象为由点和线构成的决策图，从图论中寻找方法。1986年发展到利用三种权值来解决问题。三种权值是各管段地面坡度的倒数；各管段的管长；各管段在满
足最小覆土条件下，按最小坡度设计时的挖方量。分别对这三种权值运用最短路生成树算法求管线平面布置方案, 再进行管径、埋深和提升泵站的优化设计,最后取投资费用最小的平面布置方案作为最优设计方案。
4结语
随着我国国民经济的快速发展， 城市排水管网系统不断进行完善，城市旧有的市政管网系统也需不断改造。在排水管网的设计中， 应根据已知设计参数和条件，结合实际情况，进行优化管网的设计。这是排水管网设计的关键问题。
参考文献
［1］ 孙慧修. 排水工程［M］. 3 版.北京: 中国建筑工业出版社，1996.
关键词：燃气输配；管网系统；优化设计
中图分类号：S611文献标识码： A
目前，全球能源中，人类使用的燃气多为石油和天然气，燃气的用量和普及程度已经成为衡量一个城市或者地区经济的重要因素。城市燃气供应设施是一个投资大，可塑性强的建设项目，燃气输配管网的优化设计不仅关系到燃气的正常供应，更是关系着燃气供应系统是否经济的重要环节。
燃气输配管网有两个重要部分，输配管网和调压站。其中输配管网又分为了高中压管网和低压管网。燃气流量、燃气器具、额定工作电压以及调压站的位置是决定低压管网管径的关键，而管网始末端的流量和压力才是高中压管网管径的关键。对燃气输配管网的系统优化关键就在于布置调压站的数量和位置、高中压管网始末端的压力。我们应针对调压站作用半径以及管网单位经济压降，利用相关理论和设计经验，通过数学模型和相应的计算机软件设计出节约工程资源、节省时间并提高效率的输配管网系统，为城市供气设施建设提供有力支持。
一、燃气输配管网系统优化设计。
城市燃气输配管网系统建设需要投入大量资金，工程量大，耗时长，是目前城市项目建设中比较复杂的综合设施，由输配管网、储配站、运行管理操作、调压计量站和控制设施组成。
1、确定高中压管网的最优压降。
城市燃气供应的主干线是高中压管网，其管径大小不仅影响着管网费用的多少，也直接关系到供气点中压缩机的选用。传统方法在确定管网管径时，是根据城市供气规模和管网始末端燃气压力，再选择单位长度中的压力降来求出管径的。利用这种科学性不强的传统方式确定管径，常常会造成不必要的经济损失，甚至可能导致危险。因此，为了设计科学有效的输配管网系统，根据分析相关资料以及大量的经济数据分析，得出的结论是，在单位压降越小的情况下，投资高中压管网费用越大，最终年耗费用就越少。所以，在不同城市中一个具体的管网系统必定存在着一个最经济的压降，通过对压降的分析来确定高中压管网的管径，不仅减少了投资费用，更实现了管网的科学性。
例如已知某市铸铁管材料费是C2=5.403元/m,电费 E=0.1元/kwh,城市用气高峰时间为t=6h，已知管网7环11边34节点，年限T=50年，燃气供应商每天每小时平均供应的燃气量为7500立方米，燃气密度为每立方0.46，最低管网压力为每立方厘米1.3kg，燃气的运动粘度25x10-6/s,计算结果为表1：
表1
X 管网年计算费用（元/年）
0.01 569209
0.03 496076
0.05 497382
0.07 475411
0.09 476369
0.11 480176
0.15 490173
0.21 507736
2、优化调压站。
2.1确定调压站的最佳作用半径。
调压站的作用是调节、稳定燃气管网的关键设施，也是连接中、低压管网的重要设施。调压站的位置和数量的设置对于低压管网有很大的影响，一般设置调压站的作用半径为0.5km~1km。传统的设置方法虽然简单快捷，但是没有结合实际经验，对实地进行分析，更没有准确考虑各种外界因素的影响，设计结果往往不是最经济的作用半径。要确定调压站的最优半径，使燃气输配系统最有效、最科学，减少项目投资，就要从理论出发结合实际确立调压站设置。
通过分析不同城市的燃气输配管网，得出的结论是，当选择较大的调压站作用半径时，对调压站和中压支管投资费用会比较少，但也相对提高了低压管网的造价。相反，而考虑到低压管网的造价选择作用半径较小的调压站时，投资中压支管等的费用就会很高。因此，必须找到燃气输配管网中调压站的最佳作用半径，从而提高费用的利用率。
2.2确定调压站的数目。
由于种种外部和内部因素，调压站的数量计算只能采取近似算法。城市燃气输配系统中，我们必须在数量巨大的调压站中寻找一组最佳的布局方案，提高输配系统的效率，减少投资，这是一个复杂的工作。燃气输配系统的目的就是给用户输送燃气，因此，调压站要满足多需求点用气要求。优化调压站的目的就是要尽量将燃气输送到多且短的用户位置，所以，采用求解中位点的方式来解决调压站布局问题。
3、软件开发。
伴随科技的不断进步，很多建设项目也逐渐走向自动化，燃气输配管网系统的优化设计目的就是实现将来的自动化。利用计算机软件CAD，实现燃气输配管网的设计，首先输入整体图形，经过设计和计算后自动输出图形。整个输配管网系统的设计是采用结构化的程序设计方法，通过面向对象的程序设计思想，按照一定的软件工程步骤完成设计。
3.1软件的界面和功能。
由于燃气种类和管道材料众多等因素，计算机软件应该实现一种系统能够完成多种设计，输出结果也可以多种多样，这就要求计算机软件的功能和界面都达到设计人员的要求。
3.2程序计算功能。
计算机软件希望实现的计算功能必须满足以下几点要求：①能够读取燃气的运动粘度并根据管道材料的不同和燃气密度等数据计算出管道摩阻系数。②利用管网结构，通过分析用户用气情况计算出节点流量。③能够通过读取设计人员输入的管径数据来进行平差计算。
结语：
在我国经济建设迅猛发展的浪潮下，燃气输配管网已成为城市不可或缺的能量供应载体，是一个可维修、复杂的、网络化的综合设施。因此，优化燃气输配管网系统是目前仍需研究的重要项目，为实现科学经济的输配管网系统，提高城市燃气供应质量，实现我国城市持续稳定发展，提高人们生活水平的目标。
参考文献：
[1]朱文建. 燃气输配管网系统优化设计[J]. 上海煤气,2001,02:29-34.
[2]付聪. 城市燃气输配管网系统的危机管理研究[D].天津大学,2009.
关键字：网络布线，家庭智能化，住宅小区
中图分类号：S611文献标识码： A
一、小区智能化系统的概述
1.小区智能化系统的定义
何谓智能化系统？也许还有人对这个名词感到陌生，但是其真身却是经常出现在人们视线中各种高科技小细节。实际上，住宅小区智能化是目前国内外住宅建设领域和信息产业领域非常热门的话题，而对智能小区的定义，是指用统筹的方法将住宅小区的功能智能化，在提供安全、舒适、方便、可持续发展的生活环境的基础上，统一进行控制和管理实现资源充分共享。
2.小区智能化系统的内容组成
小区智能化系统的特点是采用先进的、符合标准的技术和设备将所有的系统或者对各个住户集中安全管理和监控。它既具有分散于各个住户的终端或设备，又能通过网络集中到一个管理或控制中心来资源共享或提供公共信息资源。可以把系统结构分为三个部分：网络管理中心、网络布线和家庭智能化系统。
3.小区智能化系统的设计原则和标准
为使整个系统达到技术先进，经济实用，安全可靠，服务高端的要求，设计中应遵循安全性、耐久性、实用性、经济性和环境化的原则。具体表现为不仅满足社区安保等功能，在实际使用上，采用适用的技术和设备，在投资费用许可的条件下充分利用最新技术成果使其能在较长的时间适应社会环境，另一方面系统在使用的产品系列、容量和处理能力方面必须具备兼容性强，这样一来可以扩展确保整个系统不断充实完善和改进，二来与其他兼容性差的产品相比性价比较高。
二、小区智能化系统的结构
1网络布线系统
布线系统是小区智能化系统的支持骨架，将管理子系统串联起来，是提供网络数据传输的快速通道，如同人体内的神经系统。综合布线系统的建设应根据网络系统建设的需求，即根据网络系统构架来决定布线系统的规划。综合布线系统由六个子系统构成，即工作区、水平子系统、管理间、垂直子系统、设备间和建筑群子系统。
1.1 工作区布线子系统由终端设备连接到信息插座的连线（或软线）组成，它包括装配软线、连接器和连接所需的扩展软线，并在终端设备和信息口I/O之间搭桥。在具备设计前期条件：近期和远期终端设备要求、信息插座数量和位置、终端的移动、修改情况、一次性投资和分期建设比较、确定各层交换间的位置，完成之后再设计配置布线设备。
1.2 水平布线子系统将干线子系统延伸到用户工作区，与垂直干线子系统相比，水平布线子系统都在同一楼层，仅和信息插座、管理间子系统连接。水平子系统是综合布线系统工程中最大的一个子系统，决定每个信息点的稳定性和传输速度。主要涉及布线距离、布线路径、布线方式和材料的选择，直接影响网络综合布线系统工程的质量甚至最终造价。水平布线应采用星型拓朴结构，每个工作区的信息插座都有和管理区相连，一般都需要提供语音和数据两种信息插座。
1.3 管理间子系统由交连、互连和I/O组成，是连接垂直干线子系统和水平干线子系统的设备。用户可以在管理子系统中更改、增加、交接和扩展线缆，应采用合适的线缆路由和调整件组成管理子系统。管理间子系统的配线架的配线对数可由管理的信息点数决定，应有足够的空间放置配线架盒网络设备，配有专用的稳压电源，周围环境保持一定的温度湿度，保养好设备。
1.4 垂直干线子系统通常是由主设备间提供建筑中最重要的铜线或光纤主干线路，连接不同楼层的设备间和布线框间。它在设计时要考虑一下要求：确定每层楼的干线要求、确定整座楼的干线要求、确定从楼层到设备间的干线电缆路由、确定干线接线间的接合方法、确定敷设附加横向电缆时的支撑结构、确定干线电缆的长度等，它的设计使用必须满足当前的需要，还要适应以后的发展。
1.5 设备间子系统由设备室的电缆、连接器和相关硬件设备组成，把各种公用系统设备连接起来。设备间內设备按照内网、外网、语音等分类分区，所有进出线装置或设备用不用色标区别不用用途的配线区，能更方便的进行线路的维护和管理。
1.6建筑群子系统应由连接各建筑物之间的综合布线缆线、建筑群配线设备（CD）和跳线等组成，将一个建筑物中的电缆延伸到别的建筑群中的通信设备上。它提供楼群之间通信设施所需的硬件。建筑群子系统宜采用地下管道或电缆沟的敷设方式。管道内敷设的铜缆或光缆应遵循电话管道和入孔的各项设计规定。此外安装时至少应预留1～2个备用管孔，以供扩充之用。它的设计应注意所在地区的整体布局，尽量采用地下化和隐蔽化方式，在确定缆线的规格、容量、敷设的路由和建筑方式时，考虑一下几点要求：1）线路路由尽量平直选择距离短，不绕冤枉距离，节省工程投资；2）线路路由选择在较为永久性、稳定的道路上敷设；3）根据建筑群用户信息需求的数量、时间和具体地点，选择适用的技术措施。
2.网络管理中心
网络管理中心既是小区管理系统的中枢，又是小区与外界进行网络通信的桥梁，小区管理中心通过服务器（防火墙）连入Internet。智能小区网络管理中心综合管理系统包括五个子系统：家庭智能控制子系统、停车场管理子系统、智能小区安防子系统、智能小区物业管理子系统和信息管理子系统。
根据智能小区管理中心系统的要求和对现有的小区管理软件的分析，需起到以下的作用：1）作为中大型关系数据库，实现智能小区所有相关信息采集和管理的全面集成；2）实现和其他系统的资源数据共享，预备开放性接口；3）实现小区管理的自动化，提高管理工作的效率；4）提供可靠高效的安保和接警系统，最大限度的保障小区的生命和财产安全等。重要的是，管理中心软件系统要求执行速度快，便于程序功能的扩展和兼容，保障小区各种信息资料的安全性，报警接警系统的可靠性以及系统应用的可靠性，这些则是实现智能化的基本条件。
3.家庭智能化系统
随着人们对生活质量的追求，对居住的要求不仅仅是以往的宽敞豪华，而是希望能拥有一个更安全、舒适、便利的生活环境，为此，有不少新颖便利的创想被提出。而家庭智能化系统就是将各种家用自动化设备和信息设备，利用户内网络系统和社区网络系统实现联网，实现家庭安全、舒适、信息交互与通信。
这一系统表现在三方面：家庭安全防范、家庭设备自动化、家庭通讯。对于现在市场设想的关于未来智能家居的设想也未必是天方夜谭，但真正有创造性的能实现的设计还是具备以下几种特性的：实用性、可靠性、方便性、标准性。
整合以下最实用最基本的家居控制功能：包括智能家电控制、智能灯光控制、电动窗帘控制、防盗报警、门禁对讲、煤气泄露等，同时还可以拓展诸如三表抄送、视频点播等服务增值功能。设计需摆脱华而不实的浪费，以实用和人性化为主。控制方式也亦可以多种多样： 1）手动控制。如在墙面模块上有开关键与状态指示灯，用户可以直接开关操作，符合传统操作习惯。可以作为排除其他控制方式之后的最可靠的最后一种方式； 2）键盘控制。是智能化系统的主要操作界面，可以对系统进行全方位集中控制，操作简单，方便用户使用。 3）联动控制（一个事件触发其他事件的方式称为联动）。如煤气泄漏报警时，系统可 同时关闭煤气阀，打开换气扇。在门口刷卡可以联动开门、相应室内系统撤防、 电灯或音箱打开，营造温暖气氛等。这样的设置更符合场景更人性化；4）模式控制。模式为多种动作或状态的组合，通过模式控制可以实现“一键式操作”。当然还有很多其他灵活的控制方式，在这里就不在详细介绍。
三、结语
住宅小区智能化是智能化技术和国内房地产业相结合的产物，而随着住房体制改革的不断深入和人们对住宅环境的质量要求不断提高，住宅小区智能化系统在未来会达到更大的发展机会。
关键词：城市燃气管线；系统优化；设计
随着城市的发展，城市内燃气管线的长度不断增加，对燃气管线的施工改造也不断频繁，为了避免燃气管道施工对城市带来的影响，就要对燃气管线进行优化设计，既能保证居民正常使用燃气，又能保证后期施工改造的的顺利进行。对此国内外都进行了深入研究，取得了初步研究成果。
一、国内外燃气管线优化设计研究现状
国外对燃气管线优化设计研究经历了近50年的发展，产生了动态规划法、局部优化方法、几何规划法、Steiner算法、遗传算法等多种优化设计方法，这些方法在城市燃气管线优化设计中已经得到了广泛使用，为城市管线优化设计提供了方法。
国内对燃气管线的优化设计始于改革开放后，特别是在计算机技术和高级算法语言得到发展后，我国学者才在燃气管线优化设计上取得了一定成果。我国学者采用模糊物元的方法对燃气管道优化设计进行分析，采用Cholesky分解法用于管线优化设计。总之我国在燃气管线优化设计上取得了长足的发展，为我国城市燃气管道的优化设计水平的进一步提高奠定了坚实的基础。
二、城市燃气管线优化设计方法
（一）城市燃气管网的分布
城市燃气管网不仅仅承担着为居民生活供应燃气的作用，也是城市基础设施建设中的重要组成部分，也是一个城市现代化程度的重要标志。城市燃气管网是一个复杂庞大的系统工程，不仅仅包括燃气输送管道，还包括燃气分配站、储气站、调压站、计算机控制系统及其他辅助的仪器设备。当然燃气管线在这一系统工程中占据着主体地位，直接影响着居民生活和燃气管线优化设计。
城市燃气管网优化设计要考虑到多种因素的影响，要充分考虑燃气的来源、城市的规模、燃气供应设施的承载能力、居民的用气需求、城市地形地质条件、地下其他管网的分布情况，同时还要考虑燃气管线的压力等级等情况。一般情况下，小范围的燃气供应通常采用低压管网，而大范围的燃气供应就要采取综合使用低压和中压两种级别管网的方法，这样才能为居民提供更安全的燃气。只有充分考虑到这些因素，才能使燃气管线的优化设计更加科学合理，更加符合城市和居民的需求，保证后期燃气管线的改造施工不会对居民生活和城市发展带来严重影响。
城市燃气管线的布局
城市中燃气管线的主要作用是为居民提供燃气，因此一般采取埋设的方法将燃气管线埋在地下，燃气管线通常是沿着马路、人行道或者建筑物进行埋设的，这就要求燃气管线在布局时充分考虑城市道路结构、车流量、城市地形地貌、地上建筑物等因素对燃气管道的影响，这样才能充分保证燃气管线的稳定与安全，保证燃气管道在使用过程中不出现重大事故。对于不同级别的燃气管线，在设计时还要综合考虑各自的燃气流量、燃气用途、管线特点等因素。避免燃气管线穿越障碍物，影响后期对燃气管线的改造。在设计燃气管线时，还要充分考虑燃气管道在发生事故时的维修问题，当燃气管线发生事故后，能及时对燃气管线进行修理，同时不影响燃气管线的正常使用，保证居民的正常生活。
城市燃气管线优化设计采用的方法
常用的城市燃气管线优化设计方法有Steiner算法、MCST-CD算法和遗传算法。
Steiner算法可以针对城市具体的地形地质特点通过局部调整管线的关键线路对燃气管网布局进行合理优化，最终确定燃气管网的布局。但这种算法将管道总长度作为目标函数，没有考虑燃气管网在施工和使用中的成本，不能保证在确定最优布局时保证经济效益最佳。
MCST-CD算法是以各个管网的成本最为权重因子，通过链接所有节点保证各管管网长度之和最小、成本最低、经济效益最高，更好地解决了燃气管网的优化问题。最后将MCST算法与ConstrainedDerivatives算法相结合，进行管网优化，这种方法能有效地保证燃气管道的优化效果，但只能保证燃气管网的小范围优化设计，无法满足大规模的燃气管网优化设计。
遗传算法从许多节点开始对各种参数进行编码计算，通过字符串与目标函数进行计算适配，与传统算法相比，遗传算法的应用范围更广、计算速度更快，方便快捷，适合大规模燃气管道优化设计。
遗传算法在城市燃气管线优化设计中的应用
在使用遗传算法进行优化时要遵守一定的工作顺序。首先，在优化前需要目标函数、变量以及一定的约束条件；然后根据变量值的大小以及约束条件进行编码工作；然后按照适者生存的原则将与目标函数相关的适应度与个体生存发展的能力进行对比；然后对在对比过程中得到的数据进行系统分析，通过竞争法、最价格提法进行优胜劣汰，得到每个个体的适应度；最后通过多次迭代运算，使目标函数得到最优解。
在燃气管网优化设计中，要根据实际情况确定节点、管线长度以及节点的流量值等情况。将这些数据带入遗传算法中，这样就可以确定燃气管线优化设计的经济指标函数，为燃气管线的优化设计提供准确数据，这样才能保证燃气管线优化设计的最大效益。
三、结语：
随着城市的不断发展以及我国对燃气工程的重视程度不断提高，城市中的燃气应用范围会越来越广，城市中的燃气管线会越来越密集，作用也会越来越重要，如何才能使这些燃气管线的布局更加合理，为居民生活和城市建设提供便捷将是未来城市燃气管线优化设计的重要课题。
参考文献
[1]郑利平.遗传算法在城市燃气管网优化中的应用研究[D].重庆大学，2003.
关键词：协同设计 优化设计 MATLAB
中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（a）-0034-03
网络协同设计是一种先进的联合设计手段，可以将不同的设计主体（专业技术人员）通过共享的网络平系起来，设计人员之间可以使用功能各异（异构）的工具设计远程协作，在这个共享平台中阶段性优化已有方案、模块化分析、并行修改，以远超出非协同条件下设计的效率和质量完成产品设计。其使用到的工具可以包括且不仅限于SolidWorks、PRT（Pro/E）、PRT（UG）、DWG、CATIA等，同时在产品的优化设计阶段也会用到各种计算软件工具如MATLAB等，在使用中可采用两种方式实现产品的协同化设计，其一是采用数据格式转换，该方式是实现异构平台条件下同一产品数据集成与共享的主要方式。其所采用的主要数据转化手段包括利用XML技术、IGES标准以及STEP标准。XML（即系统基于可扩展标记语言）技术，IGES标准（即利用图形数据交换标准）和STEP标准（即产品模型数据交换标准），使用商业化或编制数据转换接口，从而实现产品的几何特征提取和数据格式转换。其二是对三维建模软件进行二次开发，在工作端嵌入相应开发模块，以实现对产品设计节点所产生数据的三维建模，基于Web的产品协同设计原型系统原理见图1。
1 产品协同设计
1.1 产品协同设计概述
产品设计包括多种设计项目内容，譬如确定产品规格、技术规范、性能解析、采取多种计算手段分析建模，初步制定制造计划和概算等。通常状况下，这阶段工作必须通过设计方案、确认架构、设计优化、仿真和样机测试性能、效果等过程对方案的可行性、有效性进行最终检验。此阶段工作涉及诸多不同类型资源，譬如产品市场情况和开发此产品相关的理论，譬如文本阐述、图表图形、城市、数据库、仿真设计（数字化）、物理及样机模型实验和实验实施所需诸多设施、装置等[1]，不过上述资源多数散布于多处。
利用远程MATLAB优化分析系统与CAD软件融合利用，不仅加速系统研发工作，使得系统更为可靠，并且非常有益于产品设计阶段中MATLAB优化解析方法的推广利用。在特殊条件下，运用MATLAB优化分析方法远程优化设计方案的前提要件是确定模型参数，通过增加产品性能、模型设计和优化的多个参数，辅助改进设计，必然有益于系统功能的扩展，还能够扩大系统运用范畴。此外，把散布的分析和优化工作所需资源有效归集，对于持有此资源的主体来说，能够提升利用此资源的整体效率，提高利润水平，另外利用此资源主体所需费用较少，因此整个研发设计过程中所耗成本也更低，产品在市场上自然具备更强竞争力。
1.2 产品协同设计过程
产品协同设计过程可以简单描述如下。
（1）方案设计。此阶段工作主要包含下述两个内容：第一，企业根据顾客要求设计完产品；第二，企业能够依据市调结果，自主研发推出新产品。两种产品设计方案均需交换许多不同类型数据和资料，最终必然能够确定最优设计方案。
（2）参数优化分析。为确保研发产品性能可靠，满足设计需要，运用MATLAB优化研究软件优化产品，令其更为可靠。
（3）产品结构设计。设计人员根据已经优化确定的产品方案，运用CAD程序完成建模，并协同完成装配过程。
（4）样机实验。在车间内产出样机，对踊进行性能测试，研究验证产品性能，保证性能满足设计要求。
2 优化设计方法分析
许多机械产品设计中需要进行优化，优化过程可分为3个部分：合成和分析、评价以及更改参数3个部分组成。其中，合成和分析部分的功能主要是建立产品设计参数和设计性能以及设计要求之间的关系，这是对设计产品进行建立数学模型的处理。产品的性能和设计要求的分析，相当于评估目标函数是否改善或达到最佳，即测试数学模型中的约束每一条都满足。选择参数部分是利用不同优化方法，使该目标函数（数学模型）求解，并根据该优化方法来求得最佳设计参数。优化设计的前提是选择最优的设计方法。而哪一种方法最优，主要根据具体设计优化的问题情况、特点和具体设计来定。通常来讲，可以有下述几点评价方案。
（1）可靠性。（2）精度。（3）效率。（4）通用性。（5）稳定。（6）全局收敛方法。（7）初始条件灵敏度。（8）多变量灵敏度。（9）约束灵敏度。
3 齿轮传动系统的优化设计案例
机械层面的设计优化视为协同设计工作平台内节点之一，通过传送输入/出文件，可以在异地完成计算并运用结果，下面以齿轮减速器为案例说明基于Web的协同设计下的优化设计过程，案例中所选择的优化算法为遗传算法（Genetic Algorithm，简称GA）。这是一个模拟达尔文生物遗传进化选择历程检索获取最优结果的方法[2]。在机械层面的设计优化问题中，运用这一方法，能够有效避免产生局部最优解，最终获得对整个系统方案都最优的更好解。该研究运用遗传算法用作齿轮优化方法，再结合Matlab遗传工具箱完成优化，不仅简单而且高效。
优化分析系统一般能够划分成处置数据、设计优化、输入/输出、造型产出4个主体模块。其中第一个模块的主要任务是：完成齿轮设计过程线图、处置数据，根据各种条件、状况，能够灵活选择查表、插值、拟合曲线、数据库和BP神经网络映射等多种手段完成工作。其中第二个模块主要应用Matlab语言，根据从第三个模块获取的转速、传递功率、负载性质以及传动比等数个已经确定的参数数据，运用Matlab神经网络、遗传算法两大工具箱，优化齿轮设计[3]。其中第三个模块主要负责：运用完成VB、Matlab、 SolidWorks API多个软件中数据的流转改用。其中第四个模块的主要任务是，依据前一模块产出结果，在优化设计的协同工作端自动完成齿轮的三维参数化造型。
3.1 建立数学模型
选择目标函数为齿轮减速器体积最小，同时，在选择齿轮强度的影响参数时使用以下4个参数，分别是法向模数mn、小齿轮齿数z1、齿宽系数φd以及螺旋角β，以上4个参数为设计变量建立数学模型。
（1）设计变量。
（2）目标函数。
（3）约束条件。
①模数约束：1.5≤χ1≤20。
②根切约束：g1≤0。
③齿宽系数约束条件：0.2≤χ4≤1.2。
④螺旋角约束：8≤c3≤25。
⑤齿面接触应力约束：g2≤0。
⑥齿根弯曲应力约束：g3≤0，g4≤0。
其中：
斜齿齿轮接触疲劳应力为：。
斜齿齿轮弯曲疲劳应力为：。
3.2 BP神经网络映射程序的实现
神经网络BP（Back Propagation），是目前在多学科领域应用范围最为普及和成熟的人工神经网络，其组成经过主要包含信息正向传播与误差的反向传播两个过程。BP人工神经网络在模式识别、函数逼近和数据压缩方面都显示出较强的映射能力[4]。下面是齿形系数YFa计算关系映射的实现步骤（使用Matlab7.1神经网络工具箱，共4步）。
第一步，读入训练样本数据。
第二步，初始化网络，利用网络初始化函数newff实现。
第三步，训练网络。利用训练函数train实现。
。
第四步，函数逼近。
利用上步训练好的网络代替原有的
函数关系，计算任意齿数zv0时的齿形系数YFa0，通过sim函数实现。
对比样本数据和映射之后产出数据，发现变差的最高值为0.006，证明此人工神经网络辨识精度达到很高水平，满足要求。
3.3 遗传算法程序实现
该文运用遗传算法来计算优化齿轮设计，结合运用Matlab软件中的遗传工具箱完成优化，整个过程不仅简单而且高效，其中遗传算法优化步骤如下。
（1）将数学模型转化成如下适用于Matlab的形式。
①设计变量。
②目标函数。
③约束条件。
（2）建立目标函数的m文件FitnessFcn.m文件内容如下。
（3）建立非线性约束的m文件nonlconfun.m；文件内容如下。
（4）把线性约束所对应的向量与系数矩阵赋予下述变量A、b、Aeq、beq，将边界（上/下）值分别赋予下述变量LB、UB。
（5）调用。
3.4 VB与Matlab混合编程
VB、Matlab结合完成编程过程中，还能够运用动态DLL链接库、DDE数据和ActiveX自动化3种技术手段，具体详见文献[4]。该研究运用ActiveX技术，利用VB编程时调取Matlab优化齿轮设计程序的部分代码如下：
当齿轮优化分析计算完毕，齿轮优化分析结果上传并存储到数据库中，但此时非优化设计客户端用户只能浏览及下d计算数据文本，如果客户端没有安装二次开发模块，仍然无法对数据进行建模处理，所以在优化设计工作端需要对软件进行二次开发，以SolidWorks软件为例，可以运用ActiveX技术和API函数，结合VB语言二次开发SolidWorks，运用优化所得结果实现齿轮的三维参数化造型在所开发的VB程序内增加下述代码，将完成的程序编辑产出*.dll文件，在SolidWorks中打开，在菜单栏中就能够加入“齿轮”“斜齿圆柱齿轮”菜单和下拉菜单选项。
…
4 结语
该文探讨了基于Web的网络协同设计框架下，产品的优化设计部分作为协同设计网络的重要组成部分（工作端）的优化过程，并以齿轮优化分析作为具体案例进行分析，文中融合了编程开发软件：VB、Matlab，结合BP神经网络、遗传算法（人工智能领域），成功完成了存在离散（或连续）设计变量时，设计的优化，使得优化齿轮设计工作效率得到提升，继而实现了整体设计协同作业效率的提升，并获得了最佳方案。下一步可考虑在诸个工作端进行有效的数据转换最终将此优化实现和三维参数化造型结合融于一体，在诸个工作端所用CAD/CAM软件条件下，也能够完成有限元分析并产出NC代码，有效提升设计齿轮工作效率和品质，加快系统制造速度。
参考文献
[1] 周伟.基于网络的协同设计系统数据交换及管理关键技术研究[D].重庆：重庆大学，2007.
[2] 余海威，田福庆，冯昌林.基于遗传算法的火炮齿轮传动优化设计[J].舰船电子工程，2008，28（10）：56-59.
关键词：天然气调压系统;调压阀;优化设计
调压阀在天然气调压系统中的主要作用是对管道压力和流量进行调节，在天然气输气站输气系统不断升级的情况下，对调压阀的工作需求也在不断提高，需要保证调压阀在实际工作的过程中，其整体噪音、开度和密封性达到更高的需求，这就需要对调压阀工作中所出现的实际问题进行分析，并且在此基础上对调压阀的优化设计方案进行探索。
1调压阀的结构特点和控制方式
调压阀主要包括阀体组件和执行机构组件，一般情况下，为了保证阀体内的介质能够顺利的通过，调压阀的内腔设计一般为直线对称和无障碍的直通流线型道，这样有利于介质在阀体内均匀的分布，从而减少局部高速流体对阀体的冲击，减少噪音的出现，提高阀门工作的稳定性。阀体主要是对阀芯和套筒相对流通面积进行改变，以此来实现对介质流量和压力的有效调节。输气站调压系统中的调压阀主要包括监控阀、工作调压阀和安全切断阀等，对于调压系统中调压阀的控制方式来说，一般情况下是根据调压阀的类型来决定的，对于工作调压阀来说，在监控阀和安全切断阀处于正常工作的情况下，工作调节阀才能对下游压力或者用户的最大流量进行调节，所以说工作调压阀时调压系统中较为重要的调压阀之一，通常安全切断阀、监控阀和工作调压阀的设定压力点呈现出逐渐降低的情现象，在下游压力逐渐升高至监控阀设定压力值的情况下，监控阀的阀芯会逐渐减小直至关闭，工作调压阀的进口压力也会不断减小，在这样的情况下，工作调压阀的调节难度将进一步上升，影响调压系统的调节精度[1]。
2天然气调压系统中调压阀所出现的主要问题
目前调压阀在实际工作的过程中，主要出现了以下几种问题：首先是噪音较大，在输气管道压力保持在正常正常情况的时候，调压阀处于正常动作，在输气管道压力不断升高的情况下，局部介质的高速流通，会对阀体内部造成较大的冲击，从而引起调压阀出现震荡或者运行不稳定等情况，这些情况都会造成调压阀噪音过大。在另外一个方面，调压阀的整体调节精度较差，输气系统主要是依靠调压阀对下游管道的压力进行调节，在这样的过程中，如果下游压力出现不稳定的情况，将会对整个调压系统产生较大的影响，从而一起调压阀调节精度差或者调节不精确，影响调压系统的稳定性。最后，部分自力式调压阀在实际工作的过程中，经常会出现泄露超标的现象，不但造成了能源的浪费，同时对整个输气系统的使用性能造成了较大的影响[2]。
3天然气调压系统中调压阀的优化设计
结合调压阀的结构特点和实际工作中所出现的主要问题，在对其进行分析的基础上，可以从结构设计和流场优化等方面，来对调压阀进行优化设计，主要体现在这样几个方面：(1)首先是对流量套筒进行优化设计。为了降低调压阀在实际运行中出现噪声过大的情况，保证阀体工作的稳定性，可以将调压阀的阀腔设计为轴向对称流道，这样的设计方式能够避免间接流和流向的不必要改变，在一定程度上增加了单位直径的流通能力，在流通能力得到提高之后，噪音将会大幅度的降低。在另外一个方面，针对阀体内介质流速过大而造成的噪音过大，可以对阀体内的高压区和高速区进行分析确定，在此基础上对流量窗口进行优化改进，结合阀体内介质的实际情况和窗口设计的基本知识，可以将流量窗口设计为错位式内隔断双层套筒，并且根据实际情况对流量孔直径进行合理设计，以此来减少调压阀工作使用过程中所出现的噪音。(2)对密封结构进行优化设计。针对调压阀使用过程中的泄露超标现象，需要结合调压系统的实际使用需求和调压阀的结构特点，在满足调压需求的基础上，对调压阀的密封结构进行优化设计，以此来提升调压阀的密封性能，提高调压阀的泄露等级。传统调压阀的密封结构为一道硬密封，结合泄露标准，可以将其改变为硬密封与软密封相互结合的双重密封结构，其中的软密封结构为引压自密封结构，在这样的情况下，阀体内的高压气体在通过的时候，能够提供楔形软密封阀座的密封力，提高阀体的整体密封性，在硬密封的帮助下，能够在极大程度上提高调压阀的密封性能，减少介质的流失和泄露[3]。
4结语
根据输气站调压系统的实际需求，对调压阀的内部结构和控制方式进行分析的基础上，结合调压阀使用中所出现问题的分析结果，来对调压阀进行设计优化，经过改进之后的调压阀在实际性能测试的过程中，其噪声大的问题得到了明显的改善，在现场天然气压力逐渐升高的情况下，调压阀阀门的震荡情况得到了良好的解决，其整体调节精度也得到了明显的提升，在对调压阀的内部密封结构进行优化设计之后，调压阀的泄露等级得到了明显的提高，传统调压阀工作中所出现的运行问题得到了良好的解决，与此同时，调压系统的整体性能也得到了一定程度的提升，这样的调压阀优化设计措施在一定程度上推动了天然气的推广和使用。
参考文献：
[1]李虎生,常占东,苏海霞.天然气调压系统中工作调压阀的改进设计[J].价值工程,2017,36(2):171-172.
[2]王军奇.调压阀在天然气处理系统改造中的应用[J].中国科技纵横,2014(3):80-80.
